CN102802943B - 复合材料的改进 - Google Patents

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Abstract

一种预浸料，其包括：在缝隙中压紧的包含热固性树脂的单向导电纤维的结构层，和含有热固性树脂且基本上不含单向导电纤维的第一树脂外层，所述预浸料当在升高的温度固化时得到固化的复合材料，该复合材料包括压紧的单向导电纤维的固化结构层和包含分散其中的单向导电纤维的固化树脂的第一外层。

Description

复合材料的改进
技术领域
本发明涉及包含纤维和树脂基质的预浸料，该预浸料当堆叠形成层压材料并随后固化时可形成复合材料，特别是具有改善的对由雷击引起的损害的耐受性的复合材料。
背景技术
与传统建构材料相比，复合材料具有充分证实的优点，特别是在以非常低的材料密度下提供优越的机械性能方面。因此，这些材料的用途变得日益广泛，并且它们的应用领域可从″工业″和″运动休闲″延及至高性能航空航天部件。
包含浸渍有树脂例如环氧树脂的纤维排列的预浸料广泛用于产生这些复合材料。通常，将许多层这些预浸料根据需要″叠放″并使所得层压材料固化(通常通过暴露于升高的温度而固化)以产生固化复合层压材料。
普通复合材料由多个插入树脂层的预浸料纤维层(如碳纤维)的层压材料制成。尽管碳纤维具有一定电导率，但是插入层的存在意味着该电导率仅主要表现于复合材料中层压材料的平面中。在垂直于层压材料表面的方向(即所谓的z-方向)上的电导率较低。
本领域技术人员强烈偏向于使用具有由明确的树脂层隔开的明确的纤维层的这种交叠层压材料以生产均匀分层的层压材料。认为这种清楚限定的层提供改善的机械性能，特别是抗冲性。
通常认为z-方向上缺乏导电性会导致复合层压材料对电磁危害例如雷击攻击的脆弱。雷击会引起复合材料损坏，这种损坏可能是非常广泛的并且如果发生在飞行中的飞机结构上时可能是灾难性的。因此，这对于由这种复合材料制造的航空航天结构是特别重要的问题。
现有技术已经提出多种技术和方法以提供对这种复合材料的雷击保护，这通常包括添加导电元素，但同时也会增加复合材料的重量。
在WO 2008/056123中，是在耐雷击性方面进行了改进，这是通过将空心导电颗粒添加到树脂插入层中进行的，由此这些空心导电颗粒接触邻近的纤维层并在z-方向上产生电路。但是，这通常需要精细的加工方法并且可能降低疲劳特性。
因此，本领域仍然需要轻质并且具有优越机械性能的导电复合材料。
发明内容
第一方面，本发明涉及预浸料，其包括：在缝隙中包含热固性树脂的压紧的单向导电纤维的结构层，和含有热固性树脂且基本上不含单向导电纤维的第一树脂外层，所述预浸料当在升高的温度固化时得到固化的复合材料，该固化的复合材料包括压紧的单向导电纤维的固化结构层和包含分散在其中的单向导电纤维的固化树脂的第一外层。
另一方面，本发明涉及预浸料，其包括：在缝隙中包含热固性树脂的压紧的单向导电纤维的结构层，和含有热固性树脂的第一树脂外层，所述预浸料当在升高的温度固化时得到固化的复合材料，该固化的复合材料包括压紧的单向导电纤维的固化结构层和包含分散在其中的单向导电纤维的固化树脂的第一外层。
第一外层中存在的导电纤维的作用是，当将多个这样的预浸料堆叠在一起时，产生包含由树脂插入层隔开的多个导电纤维的层的预浸料堆，然后使该预浸料堆固化形成固化复合层压材料，在z-方向上获得大得多的导电性。认为这是由于搭桥效应(bridging effect)，其中分散在插入层中的纤维提供各纤维层之间的电接触。
另外，尽管存在单向导电纤维的分散，但是由第一外层形成的树脂插入层在与不含纤维的插入层有关的机械性能方面提供优势。
因此，第二方面，本发明涉及固化复合层压材料，其包括由包含分散其中的单向导电纤维的固化树脂的层隔开的多个单向导电纤维层。
应该注意的是，在指定任何范围或含量时，可以结合使用任何特定较高值与任何特定的较低值。
可以认为术语″基本上不含单向导电纤维″表示，树脂层包含小于1体积％的单向导电纤维。但是应该注意的是，其它材料可以根据需要存在于树脂层中。
通常，在整个层压材料中的纤维的取向将会变化，这例如通过使毗邻的单向导电纤维层中的纤维以所谓0/90排列(表示各毗邻的纤维层之间的角度)的方式彼此正交排列来完成。其它排列例如0/+45/-45/90等很多其它排列当然也是可以的。
另外的组分可以根据需要和根据预定应用添加到层压材料中。
便利地，第一外层中的单向导电纤维来自未固化的预浸料中压紧的单向导电纤维的结构层的纤维群体(population)。
已经发现，与本领域的公知理解即均匀的纤维层应该由均匀的不含纤维的树脂层隔开不同，允许、或甚至是鼓励纤维，例如在固化过程中，迁移进插入层中可以得到具有与传统均匀嵌入复合材料相同的机械性能的导电复合材料。
应该理解的是，具有包含分散其中的单向导电纤维的树脂层的固化复合材料可以通过在制造过程中受控打乱(controlled disruption)预浸料的压紧纤维而产生。这种受控打乱使得所选纤维迁移进第一外层，而不是使其作为不同的结构层保留。认为当树脂的粘度在固化之前显著降低时在热固化工艺的初始阶段的过程中发生这种受控打乱，而材料可以在正确的条件下迁移。
因此，通过有效地重新排列单向导电纤维的位置，无需添加另外的材料，并且在无需增加层压材料的重量的情况下可使导电性显著地改善。
也已经发现，通过制备未固化的预浸料从而使颗粒状材料包含在树脂中，驱使该颗粒状材料进入压紧的单向导电纤维的结构，引起这种的受控打乱。当固化时，由于温度增加并且树脂最初变得粘性较小，颗粒状材料变得可移动并且之前促使进入压紧的纤维中的颗粒具有移出压紧的纤维的趋势，使一些纤维进入第一外层或插入层。
因此优选地，预浸料包括位于第一外层中且在邻近第一外层的结构层的区域内的颗粒状材料。通常，2至70wt％、优选为5至40wt％将位于结构层，剩余部分位于第一外层中。
同样，固化复合层压材料优选地包含位于插入层中的颗粒状材料。通常至少70重量％的颗粒状材料位于插入层。
因此，插入层通常包括同时具有颗粒状材料和分散其中的导电纤维的树脂的连续相。
已经发现，具有接近于单向导电纤维直径的平均粒度的颗粒状材料在突破(penetrating)和进入压紧的单向导电纤维方面特别有效。如果颗粒状材料太小，那么其将流入缝隙而不会引起纤维的打乱，而如果该材料太大那么将无法打乱纤维且仅能滤过(filter)并堆积在纤维的表面。因此，优选地，预浸料中颗粒状材料的平均粒度与压紧的单向导电纤维的平均直径的比率为4∶1至1∶4，优选为3∶1至1∶3，更优选为2∶1至1∶2，更优选为1.5∶1至1∶1.5。
已经发现，球形颗粒可较为有效地突破填装纤维。因此，颗粒状材料的球形度优选为大于0.6，优选为大于0.7，更优选为大于0.8。
颗粒状材料的存在量通常为3至40重量％，基于总树脂含量，优选为10至30重量％。
颗粒状材料可以由多种材料制成，但是优选地它们提供另外有用的功能例如改善的韧性或导电性。适宜的材料包括聚酰胺6，聚酰胺6/12，聚酰胺12，由树脂例如酚醛树脂或由玻璃球形成的颗粒上的导电涂层，涂层例如银，碳颗粒和/或微粒以及其它。
在优选的实施方式中，预浸料包括第二外层，所述第二外层形成预浸料的面，所述面不由第一外层形成。第二外层将通常是与第一外层相同的组合物并且也将优选地具有与第一外层相同的厚度。在该实施方式中，当多个这种预浸料堆叠在一起时，第一和第二外层合并变为插入层。
根据本发明制备的固化复合层压材料具有显著较低的电阻，其中3mm厚的层压材料的电阻可以小于5Ω，优选地小于2Ω、小于1Ω、或甚至小于0.5Ω，在z-方向上根据以下描述的测试方法测得。其中插入层中不含导电纤维的类似复合材料(例如具有明确的纤维和树脂层的很好排序的层压材料)可能具有大得多的电阻。
当形成时，固化的复合层压材料的插入层通常比纤维结构层薄得多。因此，固化的复合层压材料中，结构层的总厚度与插入层的总厚度的比率为10∶1至3∶1。
尽管多个结构纤维在固化过程中从压紧的纤维迁移进插入层中，但是这对于结构层的厚度不具有显著的影响，这归因于通常少量的迁移纤维。因此，预浸料中压紧的纤维的厚度与第一外层和可能存在的第二外层的厚度的比率也为10∶1至3∶1。
由于固化过程中纤维的迁移，与固化的层压材料中导电纤维层和插入层之间的物理边界相比，预浸料中压紧的纤维和第一外层之间的物理边界将是更为清楚限定的。
因此，鉴于以上，可以假设，固化层压材料中的层可以由未固化的预浸料中的层限定。例如，如果预浸料包括220μm厚的纤维层(其中第一和第二外层各为20μm厚)，所得层压材料中的插入层在本申请限定为40μm厚。在固化过程中可能发生少量尺寸膨胀或厚度的收缩，因此在以上假设中必须按成比例的方式考虑这一点。
已经发现，为使导电性显著增加，仅需使少量的单向导电纤维迁移进插入层中。另外，插入层中的过多纤维将使该层失去其插入特性并可能导致机械强度的降低。因此，优选地，插入层包含1至50体积％的单向导电纤维，优选为1至40体积％，更优选为5至30体积％，最优选为10至20体积％。
结构层或插入层的树脂包含热固性树脂并且可以选自本领域常规已知的那些，例如酚醛树脂，脲醛树脂，1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺(三聚氰胺)，双马来酰亚胺，环氧树脂，乙烯基酯树脂，苯并嗪树脂，聚酯，不饱和聚酯，氰酸酯树脂，或其混合物。环氧树脂是特别优选的。固化剂和任选的加速剂可以根据需要包含其中。
在优选的实施方式中，结构层中的树脂与插入层中的树脂是相同的组合物。
导电纤维可以是适宜用于具有导电性的复合材料的任何纤维。优选的纤维是碳纤维。
通常，结构层中的纤维将具有直径为3至20μm、优选为5至12μm的圆形或几乎圆形的横截面。优选的是，插入层中的纤维来自与结构层中的那些相同的纤维群体(population)，它们的直径通常也为3至20μm，优选为3至12μm。
如上讨论，认为预浸料的打乱状态对于之后导电纤维迁移进第一外层或插入层具有关键的重要性。
已经发现，实现打乱的有效方式是通过使用预浸料制造方法完成的，在该方法中要进入压紧的纤维的缝隙的树脂与形成第一外层的树脂相同。
因此，另一方面，本发明涉及制备如本申请所限定的预浸料的方法，该方法包括：连续进料单向导电纤维的层，使包含热固性树脂的第一树脂层与所述纤维的第一面接触，和将所述树脂和纤维压制在一起，足以使该树脂进入所述纤维的缝隙，其中所述树脂的存在量足以使该树脂留下基本上不含单向导电纤维的第一树脂外层。
优选地，通常在与所述第一层相同的时间使包含热固性树脂的第二树脂层与所述纤维的第二面接触，其中将所述第一树脂层和第二树脂层与所述纤维压制在一起，使得树脂进入所述纤维的缝隙。认为这样的方法是一步法(一阶段方法)，因为虽然纤维的各表面与一个树脂层接触，但是最终预浸料中的所有树脂都在一个阶段中浸渍。
高度期望的是，颗粒状材料分散在第一树脂层和可能存在的第二树脂层内。当压制时，迫使树脂进入缝隙，并且所述颗粒状材料发生部分渗入(partialfiltration)，使得驱使所述颗粒状材料进入所述纤维的结构，由一些自身埋入所述纤维的外部区域中的颗粒打乱所述结构。
已知的插入层预浸料通常在两阶段方法中制备。第一阶段使纤维与进入缝隙的树脂接触，然后使该纤维与包含颗粒状材料(通常为增韧剂颗粒)的另一种树脂接触。使用该第二步仅意图来铺置包括颗粒状材料的树脂，从而产生均匀分层的预浸料。在现有技术中认为该两阶段方法是期望的，因为其可以制得具有明确的纤维和树脂的层的良序层压材料。
已经发现，如果树脂的浸渍是通过使树脂和纤维穿过一个或多个浸渍辊而实施的，那么可以得到优异的结果，其中施加在导电纤维和树脂上的压力不超过40千克每厘米的导电纤维层的宽度。
认为本领域常规的高浸渍压力当应用于一阶段方法时引起过高程度的打乱。因此，所需的受控打乱可以通过一阶段浸渍方法以及有关的低压的组合实现。
树脂浸渍通常包括使树脂和纤维穿过辊，所述辊可以多种方式排列。两种主要的排列是简单的″咬送(nip)″和″S-缠绕″排列。
S-缠绕阶段是其中都呈片状物形式的树脂和纤维穿绕过两个单独的呈字母″S″的形状的旋转辊(称为S-缠绕辊，S-wrap roller)。可替换的辊排列包括广泛使用的″咬送″，其中所述纤维和树脂当经过两个邻近的旋转辊之间的压紧点时压紧或咬送在一起。
应该理解的是，S-缠绕为纤维的缝隙之间树脂的可靠和可再现的浸渍提供理想的条件，同时也提供充分的打乱。
但是，咬送阶段也是可以使用的，条件是使压力保持在低的水平，例如可以通过控制邻近辊之间的间隙实现。
已经发现，尽管理论上大的压力提供极好的树脂浸渍，但是它们可能有害于根据本发明一阶段方法中预浸料的结果。已经发现，树脂浸渍可能是不可靠的并且落在所需公差之外。
因此，施加在导电纤维和树脂上的压力优选地不超过40千克每厘米的导电纤维层的宽度，更优选为不超过35kg/cm，更优选为不超过30kg/cm。
在用树脂浸渍纤维之后，通常存在冷却阶段和进一步处理阶段例如层压、切开和分离阶段。
为促使树脂浸渍纤维，通常在升高的温度例如60至150℃优选为100至130℃进行该阶段，由此树脂粘度降低。这最便利地通过在浸渍之前加热树脂和纤维至所需温度例如通过使它们穿过红外加热器而实现。如上提及，在浸渍之后，通常存在冷却步骤，从而降低所形成预浸料的粘性。冷却步骤可以用于确定浸渍阶段的结束。
已经发现，直径为200至400mm、更优选为220至350mm、最优选为240至300mm的S-缠绕辊可提供达到所需打乱纤维结构的正确条件。
形成S-缠绕辊的两个辊也优选地空间分离，以使它们中心之间的间隙为250至500mm，优选为280至360mm，最优选为300至340mm，例如320mm。
两对邻近的S-缠绕辊优选地分离，其中各对辊中心之间的距离为200至1200mm，优选为300至900mm，最优选为700至900mm，例如800mm。
浸渍辊可以多种方式旋转。它们可以自由旋转或受驱动。
尽管浸渍辊可以由多种材料制成，但是它们通常具有金属外壳。已经发现铬涂饰的辊(chrome finished roller)是优选的。
为改善对树脂的处理，通常将其装载在衬背材料例如纸上。然后通常由辊进料树脂，使得树脂与纤维接触，而衬背材料仍保留在树脂和纤维接触区域的外部。在之后的浸渍工艺过程中，衬背材料提供有用的外部材料来施加压力，从而获得树脂的均匀浸渍。
已经发现，当衬背材料是可压缩的时，由浸渍工艺在纤维层上产生的力降低。认为这是因为在浸渍过程中可压缩的纸将开始变得压缩，仅然后来自浸渍工艺的力将会转移至纤维。因此，优选不可压缩的纸，因为其增加浸渍过程中作用于树脂和纤维上的力，因此产生较大的纤维打乱和较好的树脂浸渍。可压缩性的适宜量度是纸的厚度与其材料密度的比率，称为压缩率。已经发现，压缩率小于0.001kg-1m-2的衬背纸是优选的。
例如，与非压延或压缩因子为0.00127的超压延的另一种纸相比，基于玻璃纸的压延或超压延的差示有机硅(differential silicone)涂布的隔离纸(压缩因子为0.00083)的性能很好。基于玻璃纸的超压延的纸可商购自很多来源例如Mondi和Laufenberg。
现在将通过实施例并参考以下附图说明本发明，在所述附图中：
图1是现有技术插入层固化层压材料的横截面的图像。
图2是图1的图像的局部放大视图。
图3是根据本发明的固化层压材料的横截面的图像。
图4是根据本发明的另一种固化层压材料的横截面的图像。
图5是图3的图像的局部放大视图。
图6是图4的图像的局部放大视图。
实施例
本发明的预浸料根据用于树脂混合、镀膜和预浸渍的标准操作方法制备。在热熔体法中将树脂混合，在该方法中首先将液体和粉末组分共混，然后再次与其它粉末组分(为固化剂和标称直径为8微米的增韧颗粒聚酰胺6)混合。使用两批颗粒，第一批是Micropan 777P A6，购自Alchimica，其具有高球形度；第二批是Orgosol 1002，购自Arkema，其具有低球形度。对于对比例，使用购自Arkema的那些20微米颗粒形式，其具有高球形度。
以高剪切和适宜温度(80℃)将固化剂和增韧颗粒混合进入第一阶段共混物得到″易流动的粘度″，以便于从混合容器中倾析树脂而无需过加热以及避免发生过量树脂的行进(advancement)或放热反应。该混合步骤可以在间歇类型方法或在连续混合方法中使用例如双螺杆挤出机以便于连续混合和将热树脂的进料导入涂布机器而完成。
在该实施例中，当间歇混合方法完成时，将充分混合的树脂制剂从混合容器中倾析到反向滚动镀膜机器上的涂布浴中。镀膜工艺是热熔体反向滚动树脂涂布实践所常用的。将计量辊和施涂辊加热至加工温度(85℃)并在它们之间设置涂布间隙。控制生产线速度、涂布间隙和施涂辊速度以使树脂以名义上69gm-2涂布到超压延的基于玻璃纸的双面隔离纸上，如通常用于工业中的购自厂商例如Laufenberg或Mondi的那些。以该涂层重量制备膜的多个卷，然后投入预浸料生产线使用。
布置预浸料生产线来制备预浸料，其中树脂类型如WO 2008/040963的批料1349和1351中所用的那些。预浸料中树脂的名义上含量为34重量％，而这通过使用两层涂布膜完成，其中各层名义上为69gm-2，因此总共138gm-2。预浸料的纤维面重量级别为预浸料产物中268gm-2的纤维。纤维级别类型为IMA(购自Hexcel)，大小类型为，当在IMA纤维上时具有在一个IMA碳纤维丝束中的12,000个标称数的直径～6微米的碳细丝。
碳纤维类型IMA每单位长度的质量名义上为0.445gm-1。使用行业熟知的计算方法，370个线轴的IMA 12k碳纤维丝束装在碳纤维线轴架装置上并将每个丝束穿在(threaded)预浸料生产线上。这形成了～615mm宽和名义上268gm-2的碳纤维网。将两个涂布的树脂膜装入预浸渍机器，使得一个树脂层将施涂于碳纤维网的顶部表面而一个树脂膜将树脂层施涂于碳纤维网的底部表面。这是预浸料加工所常用的一阶段法。
将树脂/纤维/树脂层，″预浸料网″以s-缠绕途径预浸料生产线。将浸渍区域加热至适宜于该树脂系统的温度(120℃)并控制生产线速度，使得在预浸料网保留在该热浸渍区域内的时间过程中可实现树脂流动。
预浸渍工艺也使得碳纤维丝束张力(在120和160g/丝束之间的梳状区域引入的张力)、温度(120℃)、来自S-缠绕的压力和速度(5m/分钟)受控以提供预浸料，其中纤维以无多孔的厚层压材料结构所需的水平润湿(浸渍)。将预浸料缠绕在芯上，其中一个膜涂布隔离纸保留下来和一个涂层隔离纸用普通聚乙烯保护层替代。
然后使用预浸料制备12层300mmx300mm的0°90°层压材料，该层压材料在用于这种预浸料的典型固化周期中固化。这是以2℃/分钟的加热速率加热至180℃固化2小时，然后全部在～6巴压力下冷却至环境温度。
然后切割该层压材料得到8个～38mmx38mm的正方形。然后在修整机(linishing machine)上使这些正方形固化层压材料的边缘变平滑，得到具有非常干净和平滑边缘和最终直径为～36mmx36mm的样品。然后根据以下描述测量正方形层压材料样品的电阻。该测量包括3mm厚和～36mmx36mm的固化的复合材料，其中导电层(金喷溅的)施涂于层压材料的两面。然后测量以Ohms计的电阻。
也根据以下描述的过程测试层压材料的冲击后压缩(compression afterimpact)(CAI)性质。电阻和CAI测试的结果如以下表1所示。对比例A落在本发明范围之外。
复合层压材料的电阻测试方法
大小为300mmx300mmx3mm的平板通过高压釜固化制备。平板的接合处(layup)为0/90。然后从平板切割36mmx36mm的测试用样本(通常为三个或四个)。应该使用砂纸打磨样本的正方形面(例如在Linisher机器上)以使碳纤维暴露。如果在固化过程中使用剥落铺层，则无需这样做。应该避免过度的砂纸打磨，因为这将穿透第一铺层。然后使正方形面涂布有导电金属，通常经喷溅器喷溅薄金层。在测试之前，应该移除样本面上的任何金或金属。需要金属涂层以确保低接触电阻。
使用能够改变电压和电流二者的电源(TTi EL302P可编程的30V/2A动力供应装置，Thurlby Thandar Instruments，Cambridge，UK)来确定电阻。使样本与电源的电极(镀锡的铜编织物)接触并用夹具使其保持在该位置(确保电极未彼此接触或接触其它金属表面，因为这将得到错误结果)。确保夹具具有不导电涂层或不导电层以防止各编织物之间形成电路。施加一安培的电流并记录电压。然后根据欧姆定律，可以计算电阻(V/I)。在每个切割样本上进行测试以给出一系列的值。为确保测试的置信度，对各样本测试两次。
冲击后压缩(CAI)测试方法
在室温的冲击后压缩(CAI)测试根据航空航天复合材料测试领域中的熟练技术人员熟知的测试方案进行。进行该研究的具体测试方法是AITM1-0010。
压缩测量法使用校正至ISO 7500-1的等级1并精确至相应负荷范围的±1％以内的测试机器进行。测试在23℃±2℃进行。
大约4mm厚的准各向同性的层压材料根据EN 2565方法B制备。平板通过非破坏性测试(C-扫描)检查以确保它们在冲击之前没有可检测缺陷。
样品用由以下材料的半球冲击物冲击：根据EN 2760Rm＝2000MPa的钢或具有相当硬度的钢。压痕物末端直径为16±0.5mm，半球半径为8±0.25mm，其粗糙度Ra＜0.8mm。
受冲击样本上的压痕深度使用半球接头直径为3mm并校正至±0.01mm以内的深度测量仪(depth gauge)测量。深度测量在冲击的30分钟内进行。
在多种精选的能量下冲击样品，使得能够对一系列样品确定冲击能量对压痕深度、层离和剩余压缩强度的影响，所述一系列样品表现的压痕深度为至少1mm至显著较低的压痕深度。
层离面积使用C-扫描以常规方式测量。
在冲击和测量之后，剩余压缩强度通过使用压缩工具使样品负荷直至失效而确定，所述压缩工具装备有设计成使负荷转移至导向装置最少的防弯侧导向装置(antibuckling side guides)。
应变测量仪器和适宜的自动应变记录仪器将用于压缩负荷工具的校正。BVID 1mm CAI通过在以根据经验确定导致1mm压痕深度的能量冲击的样品上进行三次测量确定。
表1
可以看出，打乱根据本发明的预浸料中的纤维可使导电性显著增加，而不会影响其机械强度。
参见附图，图1显示了现有技术插入层复合层压材料的横截面的图像。可以看出，均匀的纤维层插入有均匀的树脂层。图2显示图1的局部放大视图，其清晰地显示了包含树脂和增韧剂颗粒但不含纤维的插入层。
图3显示了根据本发明复合层压材料的横截面的图像。可以清楚地看出，该层压材料包括进入页面的单向纤维层10和平行于页面的单向纤维层12。隔开纤维层10、12的是插入层14，该插入层14包括分散有增韧剂颗粒和单向纤维的树脂的连续相。可以看出，纤维层10、12已经被打乱，从而使得一些在固化过程中迁移进插入层。图4显示了根据本发明的另一种复合层压材料的图像。
图5显示了根据本发明实施例4的固化层压材料的插入层的局部放大图像。可以同时看到进入页面的单向纤维20和平行于页面的单向纤维22。根据未固化的预浸料中纤维和树脂之间明确的界面，将X方向上低于直线的区域定义为插入层。可以看出，增韧剂颗粒24与一些单向纤维20一起分散在连续的树脂内。即使在插入层中使用少量的导电纤维，也能出乎意料地得到高电导率。
图6显示了根据本发明实施例1的另一种固化层压材料的插入层的局部放大图。至于图5，根据相应未固化的预浸料中存在的明确界面的位置，标出直线以上方向Y上的纤维层和直线以下方向X上的插入层之间的差值。在这种情况下可以看出，增韧剂颗粒26的粒度与单向纤维20的直径相同。插入层包括增韧剂颗粒26和单向纤维20的分散。

Claims (25)

1.一种预浸料，其包括：
压紧的单向导电纤维的结构层，所述压紧的单向导电纤维在缝隙中包含热固性树脂；和
含有热固性树脂且包含小于1体积％的单向导电纤维的树脂的第一外层，所述预浸料当在升高的温度固化时得到固化的复合材料，该固化的复合材料包括压紧的单向导电纤维的固化结构层和固化树脂的第一外层，所述固化树脂的第一外层包含分散在其中的单向导电纤维。
2.根据权利要求1的预浸料，其中所述第一外层中的单向导电纤维来自所述预浸料中压紧的单向导电纤维的结构层的纤维群体。
3.根据权利要求1的预浸料，其包括位于所述第一外层中以及在邻近所述第一外层的结构层的区域之内的颗粒状材料。
4.根据权利要求2的预浸料，其包括位于所述第一外层中以及在邻近所述第一外层的结构层的区域之内的颗粒状材料。
5.根据权利要求3或4的预浸料，其中所述预浸料中颗粒状材料的平均粒度与压紧的单向导电纤维的平均直径的比率为4:1至1:4。
6.根据权利要求5的预浸料，其中所述预浸料中颗粒状材料的平均粒度与压紧的单向导电纤维的平均直径的比率为3:1至1:3。
7.根据权利要求5的预浸料，其中所述预浸料中颗粒状材料的平均粒度与压紧的单向导电纤维的平均直径的比率为2:1至1:2。
8.根据权利要求5的预浸料，其中所述预浸料中颗粒状材料的平均粒度与压紧的单向导电纤维的平均直径的比率为1.5:1至1:1.5。
9.根据权利要求3或权利要求4的预浸料，其中所述颗粒状材料的球形度大于0.6。
10.根据权利要求3或权利要求4的预浸料，其中所述颗粒状材料的存在量通常为3至40重量％，基于总树脂含量。
11.根据权利要求1-4中任一项的预浸料，其包括基本上不含单向导电纤维的树脂的第二外层，该第二外层形成所述预浸料的面，所述面不由所述第一外层形成。
12.根据权利要求1-4中任一项的预浸料，其中所述预浸料中压紧的纤维的厚度与所述第一外层的厚度的比率为10:1至3:1。
13.根据权利要求11的预浸料，其中所述预浸料中压紧的纤维的厚度与所述第二外层的厚度的比率为10:1至3:1。
14.根据前述权利要求1-4中任一项的预浸料，其中所述结构层中的树脂与所述第一外层中的树脂是相同的组合物。
15.一种固化的复合层压材料，其可通过在升高的温度使包含多个根据权利要求1-14中任一项的预浸料的层压材料固化得到，所述固化的复合层压材料包括被固化树脂的插入层隔开的多个单向导电纤维层，该固化树脂的插入层包含分散在其中的单向导电纤维。
16.根据权利要求15的固化的复合材料，其在所述插入层中包含至少70重量％的颗粒状材料。
17.根据权利要求15或权利要求16的固化的复合材料，其中所述插入层包含1至50体积％的所述单向导电纤维。
18.根据权利要求17的固化的复合材料，其中所述插入层包含1至40体积％的所述单向导电纤维。
19.根据权利要求17的固化的复合材料，其中所述插入层包含5至30体积％的所述单向导电纤维。
20.根据权利要求17的固化的复合材料，其中所述插入层包含10至20体积％的所述单向导电纤维
21.制备根据权利要求1至14中任一项的预浸料的方法，包括以下步骤：连续进料单向导电纤维的层，使包含热固性树脂的第一树脂层与所述纤维的第一面接触，和将所述树脂和纤维压制在一起，和所述树脂的存在量足以使该树脂进入所述纤维的缝隙并留下基本上不含单向导电纤维的树脂的第一外层。
22.根据权利要求21的方法，其中通常在与所述第一层相同的时间使包含热固性树脂的第二树脂层与所述纤维的第二面接触，其中将所述第一树脂层和第二树脂层与所述纤维压制在一起，使得树脂进入所述纤维的缝隙。
23.根据权利要求21的方法，其中使颗粒状材料分散在所述第一树脂层和可能存在的第二树脂层内，当压制时，迫使该树脂进入缝隙，并且所述颗粒状材料发生部分渗入，使得驱使所述颗粒状材料进入所述纤维的结构，由一些自身埋入所述纤维的外部区域中的颗粒打乱所述纤维的结构。
24.根据权利要求22的方法，其中使颗粒状材料分散在所述第一树脂层和可能存在的第二树脂层内，当压制时，迫使该树脂进入缝隙，并且所述颗粒状材料发生部分渗入，使得驱使所述颗粒状材料进入所述纤维的结构，由一些自身埋入所述纤维的外部区域中的颗粒打乱所述纤维的结构。
25.根据权利要求21至24中任一项的方法，其中所述导电纤维的层具有限定的宽度，并且所述树脂和纤维通过穿过一个或多个浸渍辊而被压制，其中施加在所述导电纤维和树脂上的压力不超过40千克每厘米的所述导电纤维的层的宽度。
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